Где берут энергию бактерии подледных озер Антарктиды
Международная команда ученых проанализировала химические отпечатки микробов, извлеченных из донных отложений и воды подледного озера Мерсер-Лейк. Ученые описали процессы, в результате которых микробы получают углерод — источник энергии, и как работает в таких суровых условиях углеродный цикл.
Еще недавно считалось, что лед над озером Мерсер остается стабильным на протяжении сотен тысячелетий. Но новая работа показала, что озеро было связано с океаном около 6 000 лет назад, а Западно-Антарктический ледниковый щит был меньше, чем сегодня.
Западно-Антарктический ледниковый щит тогда отступил по меньшей мере на 250 километров вглубь материка, а затем снова продвинулся к океану, чтобы занять место на котором он находится сегодня.
Ученые взяли образцы из озера Мерсер, расположенного в нескольких сотнях километров от Южного полюса в рамках экспедиции Subglacial Antarctic Lake Scientific Access, или SALSA. Ученые работали в Антарктиде с декабря 2018 года по январь 2019 года. Команда использовала специальный чистый бур и горячую воду для извлечения самого длинного на сегодняшний день керна из подледного озера — более 2 метров.
Это только второй случай в истории, когда ученые извлекли керн осадочных пород из подледного озера (первый был извлечен из озера Уилланс в 2013 году).
Команда использовала геохимические методы, включая анализ изотопов и радиоуглеродное датирование, чтобы выяснить, как углерод циркулирует в системе. Они объединили эти данные с известными оценками микробного метаболизма, чтобы математически подтвердить, когда линия залегания Западно-Антарктического ледникового щита отступила. Оказалось, что запасы углерода попали в озеро 6000 лет назад.
Вкус 6 000-летнего углерода
Микробы в озере питаются углеродом, образовавшимся 6 000 лет назад, когда этот регион еще был связан с океаном. «В озере Мерсер, помимо углерода, попавшего сюда 6 000 лет назад, микробы могут использовать химическую энергию физических процессов, связанных с самим ледяным щитом», — говорит соавтор работы Брент Кристнер.
При движении льда находящаяся под ним порода измельчается, и мелкие частицы растворяются в воде. Микробы — в основном бактерии и археи — используют эти минералы для получения энергии при процессе, называемом хемосинтезом. Археи — это микроорганизмы, отличные от бактерий, которые были обнаружены и в других экстремальных средах, таких как горячие источники на суше и гидротермальные источники в глубинах океана.
Микробы также используют углерод, который поступает в озеро из водоемов, расположенных выше по течению. Подледные озера Антарктиды больше похожи на системы рек, чем на замкнутые водоемы.
Таянье Антарктиды
Если весь Западно-Антарктический ледниковый щит растает, то, по некоторым оценкам, это приведет к повышению уровня моря почти на 3 метра.
«В климатологии много безнадежной обреченности», — говорит ведущий автор работы Райен Вентурелли. — «Но наша работа показывает, что ледяные щиты гораздо более динамичны, чем мы считали, и нам необходимо исследовать механизмы, которые вызвали повторное продвижение ледяного щита до его сегодняшнего состояния, чтобы мы могли лучше прогнозировать будущее».
По оценкам ученых, в Антарктиде существует более 650 подледниковых озер, так что пока ученые буквально царапнули поверхность огромной области исследований. Но одно можно сказать наверняка, говорит Вентурелли: изучение основания ледника, особенно воды и отложений в этих системах подледных озер, стоит приложенных усилий.
«Мы не смогли бы узнать эти вещи, изучая морские отложения с корабля», — говорит Вентурелли. — «Иногда для того, чтобы сделать интересные выводы, нужно по-новому взглянуть на старую проблему».
Подледные озера, где не бывает дневного света, изучены сегодня гораздо хуже, чем, например, марсианские долины. Но можно сказать наверняка: где есть вода, там есть жизнь. Даже если эта вода находится на дне холодного озера, в кромешной тьме, под километровой толщей Западно-Антарктического ледникового щита.